2018 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of driving wheel mechanism on soft ground

Research Project

Project/Area Number	16K06169
Research Institution	防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
Principal Investigator	山川淳也防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (10546138)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	吉田秀久防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (00332635) 江藤亮輔防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 助教 (20761480)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	車輪 / 砂 / すべり線 / 駆動力 / 剪断力
Outline of Annual Research Achievements	砂質土上を走行する車輪に作用する応力分布とその時間的な変化をより詳細に測定するために複数個の荷重計を車輪踏面に連続して配置した剛性車輪を製作した。自然状態における砂質土（豊浦砂）において単輪による走行実験を繰り返し行ない，すべり率，輪荷重等の条件を変えて，沈下量，駆動トルク，牽引力，車輪接地面の応力分布などのデータを収集した。車輪と砂の接触状態ならびに砂の流動を透明な側壁を通して撮影し，粒子画像速度測定法(PIV)により砂粒子の速度分布と流動パターンに関するデータを収集した。それらの流動パターンが遷移するときの車輪表面の垂直応力ならびに剪断応力の分布変化を荷重計で捉えた。実験では砂質土内部の応力分布についての測定が不可能であるため，実験と同じ車輪走行条件において有限要素法で数値解析を行い，実験結果と合わせた解析を行った。砂の流動に伴い，剪断ひずみが周辺より大きい領域が車輪下のある深さに発生して，車輪が接触する砂表面まで進展することが数値解析で見られるが，このとき，車輪と砂の接触による車輪表面の応力が増加する傾向にあることが分かった。走行実験における車輪表面の応力値は，剪断ひずみが増大する領域との接触で増加し，これにより変動していると考えられる。剪断ひずみが増大する領域は帯状をしており，すべり線と捉えることができあるが，PIVで観測した砂粒子の流動はその時刻における瞬間的なものであり，速度差が大きい境界とは必ずしも一致しなかった。なお，本研究で計測したデータの一部は投稿論文に活用しているが，新しい成果については，まとめて国際会議で発表するとともに，論文誌に投稿する。また，学会・研究会等において関連する研究の報告，講演会の聴講，他の研究者と意見交換するなど，研究遂行のための情報を収集した。